量子程序转化OriginIR ======================= ---- 通过该功能模块，你可以解析通过QPanda2构建的量子程序，将其中包含的量子比特信息以及量子逻辑门操作信息提取出来，得到按固定格式存储的OriginIR。 .. _本源量子计算云平台官网: https://qcode.qubitonline.cn/QCode/index.html .. _OriginIR介绍: OriginIR介绍 >>>>>>>>>>>>>>>>> ---- OriginIR是基于QPanda的量子程序中间表示，对QPanda各种特性的支持有非常重要的作用。OriginIR不仅可以表示绝大部分量子逻辑门类型，表示针对量子线路的dagger操作，为量子线路添加控制比特，还可以支持QPanda独有的Qif、QWhile，可以实现量子程序内嵌经典程序。 OriginIR主要内容有量子比特、经典寄存器、量子逻辑门、转置共轭操作、添加控制比特操作、QIf、QWhile、经典表达式。 量子比特 :::::::: OriginIR使用QINIT申请量子比特，其格式为QINIT后跟空格+量子比特总数。示例：QINIT6。需要注意的是除注释外QINIT必须出现在OriginIR程序的第一行。 在使用量子比特时，OriginIR使用q[i]表示某个具体的量子比特，此处i为量子比特的编号，i可为无符号数字型常量，也可为变量，同时也可使用c[i]组成的表达式代替，示例：q[1],q[c[0]],q[c[1]+c[2]+c[3]]。 经典寄存器 ::::::::: OriginIR使用CREG申请经典寄存器，其格式为CREG后跟空格+经典寄存器总数。示例：CREG 6； 在使用经典寄存器时，OriginIR使用c[i]表示某个具体的经典寄存器，i为经典寄存器编号,此处i必须为无符号数字型常量；示例：c[1]。 量子逻辑门 ::::::::: OriginIR把量子逻辑门分为以下几个种类：单门无参数型关键字；单门一个参数型；单门两个参数；单门三个参数；单门四个参数；双门无参数；双门一个参数；双门四个参数；三门无参数。 需要注意的是所有单门操作，目标量子比特可以是整个量子比特数组或者单个量子比特。如果是整个量子比特数组时例如： :: H q 当量子比特数组大小为3时则等效为： :: H q[0] H q[1] H q[2] 1、单门无参数型关键字：H、T、S、X、Y、Z、X1、Y1、Z1、I；表示无参数类型的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+目标量子比特。示例： :: H q[0] 2、单门一个参数型关键字：RX、RY、RZ、U1；表示有一个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+目标量子比特+逗号+(偏转角度)。示例： :: RX q[0],(1.570796) 3、 单门两个参数型关键字：U2、RPhi；表示有两个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+目标量子比特+逗号+（两个偏转角度）。示例： :: U2 q[0],(1.570796,-3.141593) 4、 单门三个参数型关键字：U3；表示有三个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+目标量子比特+逗号+（三个偏转角度）。示例： :: U3 q[0],(1.570796,4.712389,1.570796) 5、单门四个参数关键字：U4；表示有四个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+目标量子比特+逗号+（四个偏转角度）。示例： :: U4 q[1],(3.141593,4.712389,1.570796,-3.141593) 6、双门无参数型关键字：CNOT、CZ、ISWAP、SQISWAP、SWAP；表示无参数的双量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+控制比特+逗号+目标比特。示例： :: CNOT q[0],q[1] 7、双门一个参数型关键字：ISWAPTHETA、CR；表示有一个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+控制比特+逗号+目标比特+逗号+(偏转角度)。示例： :: CR q[0],q[1],(1.570796) 8、双门四个参数型关键字：CU；表示有四个参数的单量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+控制比特+逗号+目标比特+逗号+（四个偏转角度）。示例： :: CU q[1],q[3],(3.141593,4.712389,1.570796,-3.141593) 9、 三门无参数型关键字：TOFFOLI；表示无参数的三量子逻辑门；格式为量子逻辑门关键字+空格+控制比特1+逗号+控制比特2+逗号+目标比特。示例： :: TOFFOLI q[0],q[1],q[2] 转置共轭操作 ::::::::: OriginIR中可以对一个或多个量子逻辑门进行转置共轭操作，OriginIR使用DAGGER和 ENDDAGGER关键字定义转置共轭操作的范围，一个DAGGER必须有一个ENDDAGGER匹配，示例： :: DAGGER H q[0] CNOT q[0],q[1] ENDDAGGER 添加控制比特操作 :::::::::::::::: OriginIR中可以对一个或多个量子逻辑门添加控制比特，OriginIR使用CONTROL 和 ENDCONTROL关键字定义添加控制比特的范围，CONTROL后跟空格+控制比特列表；示例： :: CONTROL q[2],q[3] H q[0] CNOT q[0],q[1] ENDCONTROL QIF ::: OriginIR中可以表示量子条件判断程序，它通过QIF、ELSE、ENDIF框定量子条件判断程序的不同分支的范围。QIF必须匹配一个ENDIF，如果QIF有两个分支则需要有ELSE，如果QIF只有一个分支则不需要有ELSE；QIF后跟空格+判断表达式。示例： :: 1、QIF只有一个条件分支 QIF c[0]==c[1] H q[0] CNOT q[0],q[1] ENDIF 2、QIF有两个条件分支 QIF c[0]+c[1]<5 H q[0] CNOT q[0],q[1] ELSE H q[0] X q[1] ENDIF QWHILE :::::: OriginIR中可以表示量子循环判断程序，它通过QWHILE和ENDQWHILE框定循环判断程序的范围，QWHILE必须匹配一个ENDQWHILE；QWHILE后跟空格+判断表达式。示例： :: QWHILE c[0]<5 H q[c[0]] c[0]=c[0]+1 ENDQWHILE 经典表达式 ::::::::: OriginIR可以在量子程序中嵌入经典表达式，如c[0]==c[1]+c[2]；使用示例： :: QWHILE c[0]<5 H q[c[0]] c[0]=c[0]+1 ENDQWHILE 该示例表示对q[0]~q[4]比特做H门操作；经典表达式中必须是经典寄存器和常量组成的表达式；经典表达式的操作符有 :: {PLUS , "+"}, {MINUS, "-"}, {MUL, "*"}, {DIV, "/"}, {EQUAL, "==" }, { NE, "!=" }, { GT, ">" }, { EGT, ">=" }, { LT, "<" }, { ELT, "<=" }, {AND, "&&"}, {OR, "||"}, {NOT, "!"}, {ASSIGN, "=" } MEASURE操作 ::::::::::: MEASURE表示对指定的量子比特进行测量操作，并把结果保存到指定的经典寄存器中。MEASURE后跟空格+目标量子比特+‘，’+目标经典寄存器。示例： :: MEASURE q[0],c[0] 如果申请的量子比特和经典寄存器数量相同。可以使用q表示所有量子比特，c表示所有经典比特。示例： :: MEAUSRE q,c 如果量子比特和经典比特数量都为3，则等效为 :: MEAUSRE q[0],c[0] MEAUSRE q[1],c[1] MEAUSRE q[2],c[2] RESET操作 ::::::::::: RESET操作是将操作的量子比特的量子态恢复到0态。格式为RESET+空格+目标量子比特。其中目标量子比特可以是整个量子比特数组或者单个量子比特。 示例： :: RESET q RESET q[1] BARRIER操作 ::::::::::: BARRIER操作是将操作的量子比特进行阻断，防止在线路优化和执行过程。 格式为BARRIER+空格+目标量子比特。其中目标量子比特可以是整个量子比特数组或者单个、多个量子比特。示例： :: BARRIER q BARRIER q[0] BARRIER q[0],q[1],q[2] QGATE操作 ::::::::::: QGATE为自定义逻辑门操作，可以将多个逻辑门组合成一个新的逻辑门使用。 它通过QGATE和ENDQGATE框定自定义逻辑门的范围。同时需要注意的是，自定义逻辑门的形参名不能与上述相关关键字冲突。示例： :: QGATE new_H a H a X a ENDQGATE new_H q[1] QGATE new_RX a,(b) RX a,(PI/2+b) X a ENDQGATE new_RX q[1],(PI/4) OriginIR程序示例 ::::::::::::::: OPE算法 :: QINIT 3 CREG 2 H q[2] H q[0] H q[1] CONTROL q[1] RX q[2],(-3.141593) ENDCONTROL CONTROL q[0] RX q[2],(-3.141593) RX q[2],(-3.141593) ENDCONTROL DAGGER H q[1] CR q[0],q[1],(1.570796) H q[0] ENDDAGGER MEASURE q[0],c[0] MEASURE q[1],c[1] QPanda2提供了OriginIR转换工具接口 ``std::string convert_qprog_to_originir(QProg &, QuantumMachine*)`` 该接口使用非常简单，具体可参考下方示例程序。 实例 >>>>>>>>>>>>>> ---- 下面的例程通过简单的接口调用演示了量子程序转化OriginIR的过程 .. code-block:: c #include "QPanda.h" USING_QPANDA int main(void) { auto qvm = CPUQVM(); qvm.init(); auto prog = QProg(); auto cir = QCircuit(); auto q = qvm.qAllocMany(6); auto c = qvm.cAllocMany(6); cir << Y(q[2]) << H(q[2]); cir.setDagger(true); auto h1 = H(q[1]); h1.setDagger(true); // 构建量子程序 prog << H(q[1]) << X(q[2]) << h1 << RX(q[1], 2 / PI) << cir << CR(q[1], q[2], PI / 2) << MeasureAll(q,c); // 量子程序转换QriginIR，并打印OriginIR std::cout << convert_qprog_to_originir(prog,&qvm) << std::endl; return 0; } 具体步骤如下: - 首先在主程序中用 ``CPUQVM()`` 初始化一个量子虚拟机对象，用于管理后续一系列行为 - 然后调用``init()``函数来初始化虚拟机 - 接着用 ``qAllocMany()`` 和 ``cAllocMany()`` 初始化量子比特与经典寄存器数目 - 然后调用 ``QProg()`` 构建量子程序 - 最后调用接口 ``convert_qprog_to_originir`` 输出OriginIR字符串，并用 ``destroyQuantumMachine`` 释放系统资源 运行结果如下： .. code-block:: c QINIT 6 CREG 6 H q[1] X q[2] DAGGER H q[1] ENDDAGGER RX q[1],(0.636620) DAGGER Y q[2] H q[2] ENDDAGGER CR q[1],q[2],(1.570796) MEASURE q[0],c[0] MEASURE q[1],c[1] MEASURE q[2],c[2] MEASURE q[3],c[3] MEASURE q[4],c[4] MEASURE q[5],c[5] .. note:: 对于暂不支持的操作类型，OriginIR会显示UnSupported XXXNode，其中XXX为具体的节点类型。